固井完井与试油

第四章固井与完井 主要内容第一节固井第二节完井第三节试油 上节回顾 一 固井概念在钻出的井眼内下入套管柱 并在套管柱与井壁之间注入水泥浆 使套管与井壁固结在一起的工艺过程 主要包括 下套管和注水泥两个过程 固井目的 1 巩固井壁 隔离复杂地层 2 安装井口装置 控制高压油气水的活动 3 封隔油气水层 创建油气通道 二 井身结构 定义 一口井中下入套管的层次 下入深度 井眼尺寸与套管尺寸的配合 以及各层套管外水泥返高等 水泥返高 指固井时套管与井壁之间水泥环上升的高度 各层套管的作用 表层套管 封隔上部松软的易塌 易漏地层 安装防喷器等井口设备 以控制钻开高压层时可能发生的井喷现象 水泥浆通常返至地面 技术套管 中间套管 封隔某些难以控制的复杂地层 易塌 易漏地层等 以便能顺利地钻达预定的生产目的层 水泥浆通常返至要封隔的复杂地层顶部100m以上 生产套管 油层套管 封隔油 气 水层 保证油井的正常生产 水泥浆通常返至要封隔的油气层顶部150m以上 导管 封隔地表疏松地层 防止钻井液渗入地基影响井架稳定以及在钻表层井眼时将钻井液从地表引导到钻井装置平面上来形成有控循环 三 注水泥 下完套管之后 把水泥浆泵入套管内 再用钻井液把水泥浆顶替到管外环形空间设计位置的作业称之为注水泥 注水泥质量的基本要求 1 依照地质及工程设计要求 套管下入深度 水泥浆返高和管内水泥塞高度符合规定2 注水泥井段环空内的钻井液全部被水泥浆替走3 水泥环与套管和井壁岩石之间的连接良好4 水泥石能抵抗油 气 水的长期腐蚀 第二节完井 完井 油气井完成 定义 是使井眼与油气储层连通的工序 是钻井工作的最后环节 包括钻开油气层 确定完井方法 安装井底 井口装置和试油 完井质量直接影响到油气井的生产能力和寿命 完井方式要求 1 保持最佳的连通条件 油层所受的损害最小 2 应具有尽可能大的渗流面积 入井的阻力最小 3 有效地封隔油 气 水层 防止窜槽及层间干扰 4 有效防止油层出砂和井壁坍塌 确保油井长期生产 5 应具备便于人工举升和井下作业等条件 6 施工工艺简便 成本低 一 完井方式 完井方法 常规完井方法主要有4种 套管或尾管射孔完井 perforating 割缝衬管完井 SlottedLiner 裸眼完井 Open hole 裸眼或套管内砾石充填完井 GravelPacked 广泛采用的完井方法 90 以上 一 裸眼完井方法 指完井时井底的储集层是裸露的 只在储集层以上用套管封固的完井方法 根据下油层套管的先后 分为先期裸眼完井和后期裸眼完井两大类 后期裸眼完井 先打开储集层 后将油层套管下入油气层顶部固井 先期裸眼完井 钻至油气层顶部时 先下入油层套管固井 然后换小尺寸的钻头 用符合打开油气层条件的优质钻井液打开油气层裸眼完成的完井方法 后期裸眼完井方法 产层全部钻穿后应继续钻进一段 留足口袋停钻 口袋长度一般在10m以上 作用 作沉砂袋 避免油层出砂造成砂堵 丢射孔抢等 裸眼完井的特点 油层完全裸露 暴露面积大 产量高 完井费用低 但适应性窄 仅适用于地层稳定的单一油气层 无法进行选择性酸化或压裂等 套管下到油气层底部 固井后射孔打开油气层 世界各主要产油国广泛使用的完井方法 70 90 射孔 perforating 射孔枪在油层某一层段套管 水泥环和地层之间打开孔道 使地层中流体能流出 炮弹射孔的孔眼也称为炮眼 在射孔完井的油气井中 射孔孔眼是沟通产层和井筒的唯一通道 套管射孔完井尾管射孔完井 射孔完井方法 二 射孔完井方法 优点可选择性地射开油层 避免层间干扰 有利于进行分层试油 分层开采 分层酸化压裂 分层注水等作业 缺点油气层受钻井液和水泥浆的侵害较为严重 由于射孔数目 深度 孔径有限 导致油气层与井底连通面积小 油气流入井内阻力大 套管射孔完井方法 孔密 10 20孔 m 最多36孔 m孔径 16 25mm 孔深 0 6 1 0m 1 射孔器与射孔工艺 射孔器指完成射孔工作的设备 装置及其组合 有聚能射孔器 水力射孔器 复合射孔器等 最常用为聚能射孔器 射孔工艺指选择射孔完井方式所采用的射孔方法超正压射孔 正压射孔 负压射孔 复合射孔等 按射孔器材下入井筒的方式还可以分为过油管射孔 电缆传输式射孔等 将几十发甚至几百发射孔弹串连在一起 用雷管和导爆索引爆射孔的工具 按结构分两类 有枪身射孔器 射孔弹装配在密封的钢管内 无枪身射孔器 单个密封的射孔弹用钢丝 金属杆或薄金属带连起来 直接下井射孔 射孔器 聚能式射孔器 最常用 是利用炸药爆轰的聚能效应产生的高温高压高速聚能射流来射穿套管 水泥环及地层 完成射孔作业 按结构分有枪身射孔器和无枪身射孔器两类 核心组成部分是聚能射孔弹 1 聚能射孔弹根据火药爆燃时聚能效应原理制造的 不同形状火药在爆燃时能量传递方式不同 主要由弹壳 主炸药 引爆药 药型罩组成 聚能效应聚能射孔弹结构大孔径射孔弹 聚能射孔弹 密封钢管 射孔枪 弹架 起爆传爆部件等构成 有枪身射孔器 1 枪身 2 导爆索 3 射孔弹 4 弹架 5 固弹卡 6 安装架 7 旋塞 a 多次使用型有枪身射孔器 b 一次销毁型有枪身射孔器 无枪身射孔器 由无枪身聚能射孔弹 弹架 或非密封的钢管 起爆传爆部件 或装置 等构成的射孔总成 无枪身射孔器按照射孔弹结构和固弹方式 全消毁型 a 和半消毁型 b 2 射孔方法 电缆传输和油管传输 输送入井筒方式 2 1电缆输送式套管射孔最早方法 在套管内 用电缆把射孔器输送到目的层 定位射孔 可采用有枪身射孔器或无枪身射孔器 电缆输送式套管射孔优点 1 适应性强 可选各型射孔器 满足地质需要 2 施工成功率高 成本低 3 工艺成熟装备配套 施工简单 易于掌握 缺点 1 高压油气井射孔时难以有效控制防喷 2 不易实现负压射孔 3 采用有枪身射孔时 不能一次进行长井段射孔 2 2电缆输送式过油管射孔 保护油层的射孔技术 油管下入到所要射孔井段上部 电缆输送小直径射孔器 穿过油管下到射孔井段 在套管中定位射孔 可采用有枪身射孔器和无枪身射孔器 可以降低油管内液面 使之达到负压射孔 减少储层伤害适合于生产井不停产补孔和射开新层位 减少压井和起下油管作业过油管射孔枪直径受油管内径限制 无法实现高孔密 深穿透 2 3油管输送式射孔 油管柱尾端携带射孔器下井射孔方法 简称TCP 与电缆传输射孔器差别不大 上世纪80年代引进 油管输送式射孔特点 1 采用射孔效率强 大直径 高孔密 深穿透射孔器 2 不回收射孔枪 整个枪串的完全引爆是关键 3 大井段射孔时 枪与枪现场连接 要求射孔器接头连接方便 可靠 连接长度要短 以减少射孔盲区 4 作业时间相对增长 要求射孔器有更好耐温性能 引爆方式 重力引爆 投棒引爆 油管加压引爆 通过氮气 但为保证负压 氮气必须在引爆前释放出井口 环空加压引爆 压差引爆 电能引爆 具有高孔密 深穿透的优点 负压值高 易于解除射孔对储层的伤害 特别适合于斜井 水平井和稠油井 安全性好 适合高压油层和气井作业 射孔后即可投产 便于测试 压裂 酸化等和射孔联作 减少起下钻次数 降低成本和伤害 射孔工艺按射孔时井筒压力与地层压力差 正压 负压射孔正压射孔 通常井筒内液柱压力高于或近似等于地层压力 称为正压射孔或平衡射孔 负压射孔 油气层压力大于井内液柱压力下射孔 负压差使射孔瞬间地层液体产生负压冲击回流冲洗孔眼附近地层和孔眼内爆炸残余物 畅通油流通道 同时避免井内液体进入地层 防止油层内发生土锁和水锁 降低射孔损害 减少孔眼堵塞 提高产能有效方法 3 尾管射孔完井方法 特点除具有套管射孔完井方法的优点外 还可以减少套管用量和固井水泥的用量 从而降低完井成本 完井方法 Completiom 1 射孔完井 2 裸眼完井 三 割缝衬管完井方法 同先期裸眼完井法一样 在钻达油气层之前即下套管固井 然后钻开油气层 再下衬管 即带割缝眼的套管 使割缝处正对油气层 可以采用与油层相配伍的钻井液或者其他保护油气层钻井技术钻开油层 割缝衬管完井方法 四 砾石充填完井方法 对于一些油气层较疏松 出砂较严重的井 为了更好地支撑井壁 防止形成砂堵 采用砾石充填完井方式 常见的防砂完井方式有 裸眼砾石充填完井套管内砾石充填完井 砾石充填的空间不同 砾石充填完井法一般都下入筛管 裸眼砾石充填完井 程序 在钻开产层之前下套管固井 然后钻开产层并在产层段扩眼 增加防砂层的厚度 下入筛管 在井眼与筛管间的环空中充填砾石 砾石和筛管对地层的出砂起阻挡作用 尾管 射孔完井 注水泥 衬管 割缝 不注水泥 筛管 填充砾石 套管内砾石充填完井 完井工序 钻头钻穿油层至设计井深后 下油层套管于油层底部 注水泥固井 然后对油层部位射孔 在下入套管射孔的井中如有出砂 有时还把套管外的油层砂冲掉 便于充填 可在出砂井段下筛管 在筛管和油层套管之间的环空中充填砾石 属于二次完井 水平井多采用裸眼 筛管等方式完井 套管不易下入 水平井多采用裸眼 筛管等方式完井 套管不易下入 二 完井方式选择 三 完井井口装置 井口装置的作用 悬挂井下油管柱 套管柱是密封油管 套管和套管与套管之间的环形空间以控制油气井生产 回注 注蒸汽 注气 注水 酸化 压裂和注化学剂等 和安全生产的关键设备 井口装置包括套管头 油管头和采油 气 树三部分 井口装置 三 完井井口装置 第三节试油 试油 根据地质录井资料和测井资料解释结果 钻井过程中油气显示等资料 利用一套专用的设备和方法 对可能出油的层位的油气水产量 温度 压力及油气水性质进行直接测量 以鉴别和认识油气水层的工作 试油目的 为勘探开发提供依据 试油时 下入油管 一 试油的任务及工作内容 主要任务 1 了解储层及流体性质 为附近同一地层的其它探井提供重要的地质资料 2 查明油 气田的含油面积及油水或气水边界以及驱动类型 为初步计算油气工业储量提供必要的资料 3 了解储层产油气能力和验证测井资料解释的可靠程度 4 整理和分析试油资料结果 确定油井合理工作制度 为制定油田开发方案时确定单井生产能力提供依据 主要工作 诱导油流和测试 非自喷井常规试油过程 射孔后 抽汲 气举 求产量测温 提捞 依据具体情况 取样 试油判断整理资料 地层改造 酸化 压裂 层位条件符合 高压物性取样 完井作业 上交 生产准备 压井 1 自喷油气井 压稳油气层 压而不死 活而不喷 2 非自喷油气井 采用清水或其它压井液压井 1 平整井场 2 安装井架 1 替喷法2 抽汲法3 提捞法4 气举法5 地层测试 通井 洗井 冲砂 试压 射孔 诱导油气流 求产 一 通井目的 一是清除套管内壁上粘附的固体物质 如钢渣 毛刺 固井残留的水泥等 二是检查套管通径及变形 破损情况 三是检查固井后形成的人工井底是否符合试油要求 四是调整井内的压井液 使之符合射孔要求 通井规大端长度应大于0 5m 外径小于套管内径6 8mm 大于封隔器胶筒外径2mm 通井过程中遇阻不超过19 6kN 保证起下测试管柱通畅 试油工序 二 洗井目的 为了井筒干净 清除套管内壁上粘附的固体物质或稠油 蜡质物质 以便于下步施工 同时调整井内压井液使之符合射孔的要求 防止在地层打开后 污水进入油层造成地层污染 洗井液用量不少于2倍的井筒容积 洗井排量不小于0 5m3 min 洗井期间不能停泵 将井内泥浆 污物及泥砂冲洗干净 达到进出口水质一致 机械杂质含量小于0 2 试油工序 三 冲砂对于因井下有沉砂未达到人工井底或未达到要求深度的井 应进行冲砂 冲砂时应记录时间 方式 深度 冲砂液性能 泵压 排量 漏失量 冲砂进尺 冲出砂量 油气显示和井底深度 试油工序 四 试压目的 一是检验固井质量 二是检查套管密封情况 三是检查升高短节 井口和环型铁板的密封情况 试油工序 五 射孔目的 是沟通地层和井筒 产生流体流通通道 试油工序 射孔弹枪管套管水泥环地层 穿孔作用原理 A 聚能射孔B 水力射孔C 水力割缝射孔D 子弹射孔E 复合射孔 当油气层被钻穿之后 并非所有的油井都能立刻见到油流 甚至有些高压油气层 油气也很难畅流入井 其主要原因是 井内液柱压力大于油层压力 或在钻井和固井 射孔完井法 过程中 油层被钻井液和水泥浆污染和赌塞 渗透率遭到严重破坏 或油层原始渗透率很低 因此 欲取得试油资料 首先把油气诱导至井底 这项工作叫做诱导油流 从两方面入手 1 降低井内液柱压力替喷法和气举法的实质是降低井内流体比重 从而达到降低井内液柱压力的目的 2 抽吸法和提捞法是直接降低井内液柱高度 六 诱导油流 诱导油流方法 替喷法 抽汲法 气举法 提捞法 替喷法 用密度较低的液体将井内密度较高的洗井液循环替出 达到降低井内液柱压力的目的 从而使油气畅流入井 增大油流通到 改善油气层渗透率诱流方法有 地层酸处理 地层水力压裂和井下爆炸等井下爆炸是将炸弹下入井底引爆 用以增加油层渗透率 这种方法一般只能用于坚硬 致密油层 提捞法 提捞法的主要工具是钢管制成的提捞筒 筒底部装有一个单向阀 下放时井内液体顶开阀进入桶内 上提时 桶内液体把阀压住 作业时用绳索把提捞筒下入井中液面以下 一筒一筒地把液体捞出地面 达到降低井内液柱对油层回压的目的 此法 般用于低渗 低产的浅井 非自喷井 该法的缺点是费工费时 效率低 目前用得很少 抽汲法 用下入油管内的特殊抽子进行 抽子在油管内高速上提下放 把井内部分液体经油管逐步抽出地面 从而降低井内液柱高度 降低井内液柱压力 而使油气流顺利入井 气举法 类似于替喷法 从环形空间注入压缩气体 三 试油工艺 注水泥塞试油 用封隔器分层试油 中途测试工具试油 四 试油资料 主